Gypsum precıpıtatıon ın the presence of tartarıc acıd - Özyaşar, Merve (My University, 2015)
TARTARİK ASİT VARLIĞINDA JİPSİN ÇÖKTÜRÜLMESİ Kalsiyum sülfat dihidrat, (jips, CaSO4.2H2O), değişik endüstriyel uygulamalarda oldukça sık karşılaşılan bir maddedir. Kalsiyum sülfat dihidrattan başka pH, sıcaklık ve aşırı doygunluk gibi kristalizasyon şartlarına bağlı olarak aşırı doygun çözeltilerden kalsiyum sülfat hemihidrat (CaSO4.1/ 2H2O) ve susuz kalsiyum sülfat (CaSO4) da çöktürülebilir [1]. Kalsiyum sülfat dihidratın sudaki çözünürlüğü sıcaklığın artışıyla azaldığı için özellikle ısı değiştirici yüzeylerinde kabuk oluşumu açısından sorun teşkil etmektedir. Jips oluşumu ayrıca önemli bor minerallerinden olan kolemanitten (Ca2B6O11.5H2O) borik asit (H3BO3) üretiminde ve kalsiyum fosfattan (Ca5F(PO4)3) fosforik asit üretiminde yan ürün olarak ortaya çıkmaktadır. Her iki üretimde de en önemli nokta oluşan jipsin iyi bir süzme ile ayrılabilmesidir [2,3]. İyi bir süzme işlemi için kristal büyüklüğünün istenilen boyutta ve elde edilen ürünün dar bir tane boyut aralığına sahip olması gerekmektedir. Kristallerin çeşitli büyüklükte olmaları, süzme sırasında oluşan kekin geçirgenliğini azaltır ve zorlaştırır. Bu nedenle, gerek jipsin kabuk oluşumunun önlenmesi gerekse kolay filtrelenebilir jips üretimi şimdiye kadar yapılan çalışmaların temelini teşkil etmiştir. Yapılan çalışmaların büyük bir kısmı fosforik asit üretimi ile ilgilidir ve bu konu ile ilgili çalışmalar çoğunlukla fosfat iyonu varlığında yapılmıştır [4]. Bunun nedeni, yaş yöntemle üretim yapan fosforik asit tesislerinde oluşan jipsin miktarı hemen hemen kullanılan hammadde miktarına yakın olduğundan atıkların süzülmesi üretimin ekonomikliği ve verimi açısından oldukça önem taşımaktadır. Jipsin nükleasyon ve büyüme hızı üzerine yapılan çalışmalarda ise sıcaklık, aşırı doygunluk ve pH nın etkisi incelenmiştir. Bilindiği gibi nükleasyon, büyüme hızı ve kristal şekli-yapısını kontrol edebilmek amacıyla reaksiyon ortamında organik veya inorganik katkı maddelerinin kullanılması en etkili metodlardan biridir. Bu çalışmada jips kristallerini modifiye edebilmek için katkı maddesi olarak karboksil grubu (COOH) içeren tartarik asit kullanılmış, dolayısı ile kristallerinin ortalama tane boyutunda, şeklinde ve filtrasyon karakteristiğinde meydana gelen değişimler incelenmiştir. Böylece katkı maddesi olan tartarik asit çözeltiye kabuk oluşumunu engellemek ve nükleasyonu kontrol altında tutabilmek için eklendiğinde, filtrasyon hızı ve tane boyut dağılım ölçümleri değerlendirildi. Tüm deneylerde çalışma koşulları pH 3.5 ve 65°C’de sabitlenirken tartarik asit konsantrasyon aralığı 0 ile 4000 ppm arasında tutulmuştur. Ortalama tane boyutunun, tartarik asit konsantrasyonunun 3000 ppm e kadar arttırıldıkça büyüdüğü ve sonra tartarik asit konsantrasyonu arttırıldıkça küçüldüğü tespit edilmiştir. Buna bağlı olarak kristal morfolojisinin iğne yapıdan dolgun hacimli plaka yapıya dönüştüğü belirlendi. Bunlara ek olarak jips kristallerinin büyümesi, tane boyut dağılımı için çok önemli faktörler olan nükleasyon hızı ve kristal büyüme hızını belirleyebilmek için sayı yoğunluğu teorisi kullanılarak incelenmiştir. Bu amaçla boyuta bağlı büyüme esaslı ampirik denklemlerden olan genelleştirilmiş ASL model denklemi kullanılmıştır.

GYPSUM PRECIPITATION IN THE PRESENCE OF TARTARIC ACID Calcium sulphate dihydrate, (gypsum, CaSO4.2H2O), a substance is ubiquitously found in various industrial applications. Apart from the dihydrated calcium sulfate, supersaturated solutions of calcium sulfate hemihydrate (CaSO4.1/ 2H2O) and anhydrous calcium sulfate (CaSO4) is also precipitated depending on the crystallization conditions such as pH, temperature and supersaturation [1]. There is a problem especially in terms of the formation of the heat exchangers shell, for an increase in temperature decreases the water solubility of calcium sulfate dihydrate. Gypsum formation is obtained from boric acid (H3BO3) production from colemanite (Ca2B6O11.5H2O) which is an important boron minerals and also is obtained as a by product from phosphoric acid production from calcium phosphate (Ca5F(PO4)3). The most important point in each of two production of gypsum is a well seperation by filtration [2,3]. For a successful filtration, desired size of crystal size and the product obtained with a narrow particle size range is required. Different size of cyrstals make difficult and reduces the permeability of the cake during filtration. Therefore, both the prevent the shell formation of gypsum and easily filtered gypsum production constitue the basis of uptil now studies. A large part of studies related with the production of phosphoric acid and studies on topic were performed mostly in presence of phosphate ions [4]. The underlying reason is that the amount of obtained gypsum for using the wet process of phosphoric acid plants is almost close to the amount of raw materials used in, filtration of waste is very important for the production of efficiency and economy. The effect of temperature, supersaturation and pH were investigated in studies of nucleation and growth rate of gypsum. It is well known that one of the most effective method in order to control the nucleation, growth rate and crystal shape-structure is utilizing organic or inorganic additives in the reaction medium. In this study, we utilized tartaric acid as an additive that contains a carboxyl group (COOH) in order to modify crystals of gypsum, thereby the change of average partical size, shape and filtration characteristic of gypsum was investigated. Therefore, measurements of the filtration rate and crystal size distrubition were evaluated when tartaric acid added in solution as an additive to retard scale formation and to control nucleation. The concentration of tartaric acid ranged from 0 to 4000 ppm, while in all experiments the working condition was set at pH 3.5 and 65°C. It was reported that the avearage partical size is increased with increasing tartaric acid concentration until 3000 ppm and then decreased with increasing tartaric acid concentration. Correspondingly, the habit of crystals transformed needle-like form to thick elongated plate form was obtained. Additionally, the growth of gypsum crystals was evaluated by using population density theory in order to determine crystal growth rate and nucleation rate which are considerably important factors for crystal size distribution. For this purpose, the generalized ASL model equation was used which is one of the ampiric equations based on size dependent growth.
Keywords: Kimya